Inizia la rigenerazione
Il primo trapianto di organi riuscito al mondosi è verificatonel 1954 - chirurgo
Ogni anno nel mondo ne vengono prodotti in media 100.800trapianti di organi. I trapianti più comunemente eseguiti sono quelli di rene (69.400 interventi), fegato (20.200), cuore (5.400), polmone (2.400) e pancreas (2.400). La donazione può essere correlata e postuma, quando l'organo desiderato viene prelevato da un cadavere. Allo stesso tempo, in Russia, ad esempio, il periodo di attesa medio per un rene donato è di 1,5-2 anni. Presso l'Istituto di ricerca Sklifosovsky vengono eseguite circa 200 operazioni all'anno, mentre ci sono circa 500 persone in lista d'attesa.
La natura ha creato le cellule in modo tale che sappiano sempre cosa fare.Hanno la capacità di rigenerarsi, ciascunola cellula ha un tale potenziale. Le cellule della pelle vengono aggiornate ogni due settimane, le cellule intestinali - per due settimane e le cellule cerebrali - ogni dieci anni. Il problema è che non rigeneriamo i tessuti quando si verificano malattie, cicatrici o danni. A questo punto, la rigenerazione si interrompe e la medicina rigenerativa può aiutare qui. Prendiamo tessuto muscolare molto piccolo dal paziente, quindi elaboriamo queste cellule e le posizioniamo nell'area in cui si trova il muscolo danneggiato. Può anche essere usato per pazienti con ustioni: in questo caso preleviamo un piccolo campione della pelle del paziente, quindi elaboriamo le cellule e le applichiamo semplicemente alle aree danneggiate con uno spray. Inoltre, se il paziente è ferito, è necessario prima curarlo, sbarazzarsi dell'infezione e attendere che il tempo sia pronto per il trattamento.
Fai crescere un nuovo organo
Invece delle celle, puoi usare il cosiddetto substrato, una sorta di telaio da costruzione.I suoi materiali sono molto simili ai materiali di sutura.Si dissolvono in pochi mesi e sono sicuri per l'uomo e le cellule. Preleviamo un piccolo campione di tessuto dal paziente, quindi elaboriamo quelle cellule all'esterno del corpo, le coltiviamo, utilizziamo un'impalcatura per renderle tubolari e le impiantamo nel paziente. L'intero processo dura circa 30 giorni. Lo stesso vale per i vasi sanguigni. Mettiamo queste cellule sul materiale, poi alleniamo questo organo. Quando la compressione diventa ciò di cui abbiamo bisogno, i vasi vengono impiantati nelle persone. L'organo più complesso è un organo solido con circolazione sanguigna, come il cuore, i reni e il fegato, perché esistono diversi tipi di tessuti e tutti hanno tanti vasi sanguigni.
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Il modo più semplice per coltivare tessuti semplici. Nella pratica clinica, è già utilizzato il metodo di rigenerazione della pelle utilizzando idrogel o cellule speciali del paziente.
Gordana Wunyak-Novakovich alla Columbia University coltivò un frammento dell'osso del cranio, seminando il telaio con cellule staminali.
Alla Johns Hopkins University, i medici sono stati rimossipazienti orecchio e parte del cranio colpiti dal tumore. Prendendo il tessuto cartilagineo dal torace, dai vasi sanguigni e dalla pelle, le hanno fatto crescere un nuovo orecchio sul braccio, quindi hanno trapiantato l'organo artificiale in posizione.
Esperimenti di successo sulla coltivazione e il trapianto di vasi sanguigni si sono svolti nelle università di Göteborg (Svezia) e Rice (USA). Ci sono anche esempi di crescita muscolare, globuli, midollo osseo e denti.
Per quanto riguarda la coltivazione di organi complessi,gli esperimenti sono ancora condotti principalmente su animali. Tuttavia, ci sono esempi di trapianti riusciti di organi coltivati artificialmente alle persone. Per diversi anni, Anthony Atala ha eseguito operazioni di impianto sulla vescica cresciuta dalle cellule del paziente. I chirurghi spagnoli hanno trapiantato una trachea coltivata sulla base dei donatori caracas.
Tecnologia cellulare avanzata nel 2002è cresciuto un rene in miniatura di una mucca di 5 cm usando la tecnologia della clonazione, prelevando cellule dall'orecchio dell'animale. Un rene è stato impiantato accanto agli organi principali e ha iniziato a produrre con successo l'urina.
Esistono anche esperienze positive nella coltivazione e nel trapianto di fegati in ratti da laboratorio (Università del Massachusetts) e di polmoni in maiali (Università del Texas).
I vasi degli organi trapiantati sono molto piccoli.Abbiamo già iniziato questo lavoro 30 anni fa, ma noinon c'era tecnologia. Cominciarono a pensare di prelevare gli organi di persone morte e di riutilizzarli. Hanno rimosso il fegato da un paziente deceduto e, per così dire, lo hanno lavato dall'interno. Dopo due settimane, il fegato sembrava ancora un fegato, ma al suo interno non c'erano cellule. Tuttavia, siamo riusciti a preservare l'albero vascolare, come lo scheletro del fegato. Poi hanno preso le cellule del paziente, le hanno coltivate e le hanno posizionate su questo scheletro. Creiamo tessuto dal corpo del paziente e quindi lo curiamo. Pertanto non esiste alcuna risposta immunitaria. Questo è un grande vantaggio della medicina rigenerativa.
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Anche da un organo molto difettoso, possiamo ottenere cellule buone usando una biopsia.Ma non possiamo farlo con geneticomalattie, perché il difetto sarà nell'intero tessuto. Ecco altre tecnologie: prendiamo le cellule da questo paziente, correggiamo i difetti, come curare queste cellule e poi lavoriamo sulla stessa strategia. Finora, sfortunatamente, questo è sperimentale, ma c'è ancora speranza che le malattie genetiche possano essere curate.
Tracciamo sempre la vita dei nostri pazienti per almeno 5-8 anni dopo il trapianto.Dobbiamo assicurarci che tutto vada bene, solo allora potremo dire che questa tecnologia ha funzionato e che gli organi trapiantati funzionano normalmente.
Stampa di organi e test antidroga
Puoi stampare un cuore in miniatura e nel giro di due ore batterà già.Sei anni fa, abbiamo iniziato a utilizzare la stampa 3D,perché era necessario ridimensionare queste tecnologie - prima di ciò abbiamo fatto tutto manualmente. Ma gli organi ottenuti dalla stampa non avevano una tale integrità da impiantare nel corpo. Quindi abbiamo iniziato a sviluppare stampanti più specifiche che potrebbero creare tessuti umani. E ci hanno lavorato per 14 anni.
Sono stati condotti i primi esperimenti di bioprintingStampanti 3D domestiche ordinarie che sono state aggiornate sul campo. Nel 2000, Thomas Boland ha installato le macchine Lexmark e HP in modo da poter stampare frammenti di DNA e nel 2003 ha brevettato la tecnologia.
Ora diversiaziende. I bioingegneri di Organovo hanno sviluppato la tecnologia per stampare il tessuto epatico. Hanno anche stampato i reni che sono rimasti funzionali per due settimane. Finora, tali corpi sono utilizzati solo per testare i farmaci, ma i creatori non escludono che presto inizieranno a sviluppare attrezzature per la stampa di organi di donatori.
I bioingegneri russi di 3D Bioprinting Solutions hanno sviluppato la stampante 3D FABION e condotto un esperimento di successo nella stampa della ghiandola tiroidea e nel trapianto del suo topo sperimentale.
Progettate dalla Sheffield University, le stampanti Fripp Designs stampano le protesi oculari. Lo stesso team sta sviluppando la tecnologia di stampa 3D per naso, orecchie e mento.
Parte dell'attrezzatura è prodotta per conto nostroesigenze dei clienti e non è destinato alla vendita (FABION, NovoGen MMX di Organovo). I prezzi per le biostampanti commerciali partono da 10mila dollari (BioBot) e 5mila euro (CELLINK Inkredible) fino a 200mila dollari e oltre (bioplotter 3D di EnvisionTEC, 3DDiscovery di RegenHU).
Esistono cinque criteri interessanti per una stampante 3D per la stampa di organi.Innanzitutto, hanno ugelli molto piccolipuò raggiungere fino a 2 micron, ovvero il 2% del diametro di un capello umano. In secondo luogo, questa stampante ci dà precisione, possiamo disporre le celle dove effettivamente servono. Il terzo è il bioinchiostro, un liquido che passa attraverso l'ugello. E poi, quando diventa gelatina, funziona già come un normale tessuto. Il criterio successivo sono i microcanali, che forniscono nutrimento alla parte centrale delle cellule. Essenzialmente, questi sono sostituti del sangue. E infine un software che permette di avere un'immagine tridimensionale. In questo modo comprendiamo cosa sta succedendo nel corpo e creiamo la struttura necessaria per un determinato organo. Per fare ciò, prendiamo i dati digitali dalla radiografia e li utilizziamo per creare una struttura specifica per questo difetto in un particolare paziente.
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Disponiamo di due sistemi certificati per la stampa di organi umani.Sono approvati dalla FDA.Food and Drug Administration negli Stati Uniti - Hi-Tech). Negli ultimi sei anni abbiamo utilizzato una stampante per creare il cosiddetto programma body-on-chip. Ora è in fase di sviluppo, perché è necessario garantire la vitalità di questi organi, ma in generale possiamo creare polmoni, cuore, vasi sanguigni in miniatura e collegare l'intero sistema su chip. Possiamo anche creare organi in miniatura delle dimensioni di una testa di spillo e vedere come questi organi rispondono ai farmaci. Ad esempio, se un medicinale accelera la frequenza cardiaca, accelera la frequenza cardiaca nel nostro cuore in miniatura. Pertanto, è possibile identificare gli effetti collaterali dei farmaci che non vengono rilevati da altri test.
Evita gli effetti collaterali
Utilizzando organi in miniatura stampati, è possibile testare il medicinale.Ad esempio, il farmaco "Hismanal", 11 annisul mercato in tutto il mondo. Questo antipsicotico è stato utilizzato anche come antistaminico. Dopo qualche tempo dal suo utilizzo, è diventato chiaro che molti pazienti manifestano effetti collaterali associati alla disfunzione cardiaca. Quando il farmaco è stato testato su una cellula non ci sono stati problemi; quando è stato testato sugli animali, non ci sono stati problemi. Quando sono stati condotti gli studi clinici di prima, seconda e terza fase, non è successo nulla. Abbiamo preso questo medicinale, l'abbiamo usato sui nostri organi tramite chip e nel giro di una settimana è diventato chiaro che questo medicinale era tossico per il cuore.
Ciò è dovuto al fatto che ognuno reagisce in modo diverso.per i farmaci, tutto è geneticamente diverso, la stessa medicina verrà elaborata in modo diverso. Ognuno ha una dieta diversa, diverse condizioni di vita, diverse difficoltà di salute. Questo funge da ostacolo alla comprensione di ciò che la medicina effettivamente fa con gli organi. E se rimuoviamo tutti questi ostacoli e vediamo direttamente come agisce la medicina sugli organi, possiamo immediatamente rilevare la tossicità.
Oggi stiamo sviluppando un sistema che chiamiamo "body on a chip".Aiuterà in particolare a ridurre la tossicità.farmaci, ad esempio per lavorare con i malati di cancro. Possiamo prendere una piccola cellula tumorale e farla crescere, quindi testare la chemioterapia su un chip prima di somministrare quella terapia al paziente. Abbiamo avuto un paziente con melanoma, è stato in chemioterapia per sei mesi, sono stati spesi molti soldi e il tumore non ha fatto altro che crescere. Abbiamo testato un farmaco che non era stato preso in considerazione e il paziente ha iniziato a riceverlo. Due settimane dopo, il paziente disse per la prima volta che le sue condizioni stavano migliorando e il medico notò che il tumore stava diminuendo. Pertanto, è molto utile testare il medicinale prima di somministrarlo al paziente.
Cellule staminali: crea ciò che non lo è
Quando è necessario far crescere un organo che il paziente non ha mai avuto o ha perso, si possono utilizzare le cellule staminali.Di solito, per crescere un rene, prendiamocellula renale, per far crescere l'uretra, prendiamo le cellule dell'uretra. Ma nel caso delle cellule staminali, possiamo prenderne una che può diventare una cellula in un polmone, rene o vaso sanguigno. Esistono due tipi principali di cellule staminali. Uno di questi è embrionale umano. Sono molto potenti, crescono e possono trasformarsi in qualsiasi cosa, ma possono anche formare tumori, quindi è molto difficile usarli. D'altra parte, se parliamo di queste cellule in un adulto, possono essere cellule di grasso o midollo osseo, non formeranno tumori, ma non crescono così bene.
Per la prima volta, è stato utilizzato il termine "cellula staminale"Lo scienziato tedesco Valentin Haacker alla fine del XIX secolo. Nel 1909, lo scienziato russo Alexander Maximov suggerì che ci sono cellule nel corpo che rimangono invariate, ma al momento giusto possono cambiare il programma e trasformarsi in cellule di diverso tipo.
Questa teoria è stata confermata negli anni '60.il secolo scorso. Gli americani James Till ed Ernest McCullough hanno irradiato topi con una dose letale di radiazioni, e poi li hanno trapiantati con una cellula staminale di sangue di un individuo sano. Si è scoperto che in questo modo è possibile ripristinare il sangue e salvare i topi dalla morte. Dal 1964, questo metodo è stato utilizzato nel trattamento del cancro del sangue: i pazienti prima distruggono le proprie cellule del sangue, quindi trapiantano cellule staminali sane dal donatore. L'efficacia di questo metodo raggiunge il 70–80%.
Nel 1981, Martin Evans e Matthew Kaufmanparallelamente a Gail Martin, le cellule staminali embrionali sono state isolate dagli embrioni di topo. Queste cellule potrebbero esistere indefinitamente al di fuori del corpo senza modificarne le proprietà e quando entrano in determinate condizioni, ad esempio, tornando nel corpo, si trasformano in tessuti.
Nel 1999, la rivista Science ha classificato la scoperta delle cellule staminali come una delle tre più grandi scoperte in biologia, dopo aver decodificato il DNA e il programma del genoma umano.
Per molto tempo si credeva che fosse una cellula staminaletrasformato in una cellula tissutale, è impossibile farlo ricominciare. Tuttavia, nel 2006, la giapponese Xinya Yamanaka ha scoperto un modo per trasformare le cellule somatiche in cellule staminali. Per questo, nel 2012 ha ricevuto il premio Nobel.
Mosca sana
Circa 17 anni fa, abbiamo iniziato a cercare una fonte alternativa di cellule staminali.. Suggerito che esiste un altro tipo di stelocellule presenti nel liquido amniotico e nella placenta con cui il bambino è circondato nell'utero. E abbiamo trovato queste cellule staminali molto potenti. Non formeranno tumori e possono trasformarsi in tre categorie principali di tessuto che formano il nostro corpo. Queste cellule possono essere rapidamente cresciute in quantità sufficienti. In questo modo, evitiamo tutti i limiti delle cellule del midollo osseo e di altri tipi di cellule. Ora sono oggetto di numerosi studi clinici e non sono ancora stati ampiamente utilizzati.
Non voglio che tu pensi che tutti i problemi siano già stati risolti e che tu possa semplicemente stampare gli organi.Ci vorranno decenni per questila tecnologia potrebbe evolversi. È molto difficile e ci vuole molto tempo per sviluppare la ricetta che consentirà alle tecnologie di funzionare in modo ottimale. Inoltre, si tratta di tecnologie costose, che saranno difficili da replicare, ma possiamo sicuramente affermare che hanno un potenziale. E per noi, questa è la promessa della medicina rigenerativa: migliorare la vita dei pazienti.